Infrasonido

El infrasonido, a veces denominado sonido de estado bajo, describe ondas de sonido con una frecuencia por debajo del límite inferior de la audibilidad humana (generalmente 20 Hz). La audición se vuelve gradualmente menos sensible a medida que disminuye la frecuencia, por lo que para que los humanos perciban el infrasonido, la presión del sonido debe ser lo suficientemente alta. El oído es el órgano principal para detectar sonidos bajos, pero a intensidades más altas es posible sentir vibraciones de infrasonido en varias partes del cuerpo.

El estudio de tales ondas de sonido a veces se denomina infrasónicos, y abarca sonidos por debajo de 20 Hz hasta 0,1 Hz (y rara vez hasta 0,001 Hz). La gente usa este rango de frecuencia para monitorear terremotos y volcanes, trazar formaciones de rocas y petróleo debajo de la tierra, y también en balistocardiografía y sismocardiografía para estudiar la mecánica del corazón.

El infrasonido se caracteriza por la capacidad de sortear obstáculos con poca disipación. En música, los métodos de guía de ondas acústicas, como un gran órgano de tubos o, para la reproducción, diseños exóticos de altavoces como línea de transmisión, woofer giratorio o diseños de subwoofer tradicionales pueden producir sonidos de baja frecuencia, incluido el infrasonido cercano. Los subwoofers diseñados para producir infrasonidos son capaces de reproducir el sonido una octava o más por debajo de la mayoría de los subwoofers disponibles en el mercado y, a menudo, tienen un tamaño 10 veces mayor.

Definición

El infrasonido es definido por el American National Standards Institute como "sonido a frecuencias inferiores a 20 Hz".

Historia y estudio

Los aliados de la Primera Guerra Mundial utilizaron por primera vez el infrasonido para localizar la artillería. Uno de los pioneros en la investigación infrasónica fue el científico francés Vladimir Gavreau. Su interés en las ondas infrasónicas surgió por primera vez en 1957 en el gran edificio de hormigón en el que él y su equipo de investigación estaban trabajando. El grupo experimentaba episodios de náuseas periódicas y profundamente desagradables. Después de semanas de especulaciones sobre el origen de las náuseas (el equipo estaba convencido de que se trataba de un patógeno o una fuga no rastreada de gases químicos nocivos en las instalaciones), descubrieron que un "motor de baja velocidad sin equilibrio... estaba desarrollando [estos] 'nauseabundos vibraciones'”.

Cuando Gavreau y el equipo intentaron medir la amplitud y el tono, se sorprendieron cuando su equipo no detectó ningún sonido audible. Llegaron a la conclusión de que el sonido generado por el motor tenía un tono tan bajo que estaba por debajo de su capacidad biológica para oír, y que su equipo de grabación no era capaz de detectar estas frecuencias. Nadie había imaginado que el sonido pudiera existir en frecuencias tan bajas, por lo que no se había desarrollado ningún equipo para detectarlo. Finalmente, se determinó que el sonido que provocaba las náuseas era una onda de infrasonido de 7 ciclos por segundo que inducía un modo resonante en los conductos y la arquitectura del edificio, amplificando significativamente el sonido.A raíz de este descubrimiento fortuito, los investigadores pronto se pusieron a trabajar preparando más pruebas infrasónicas en los laboratorios. Uno de sus experimentos fue un silbato infrasónico, un tubo de órgano de gran tamaño. Como resultado de este y otros incidentes similares, se ha convertido en una rutina en la construcción de nueva arquitectura inspeccionar y eliminar cualquier resonancia infrasónica en las cavidades y la introducción de aislamiento acústico y materiales con propiedades sónicas especializadas.

Fuentes

El infrasonido puede provenir de fuentes naturales y artificiales:

• Eventos naturales: el sonido infrasónico a veces es el resultado natural de condiciones climáticas severas, olas, olas de sotavento, avalanchas, terremotos, volcanes, bólidos, cascadas, desprendimiento de icebergs, auroras, meteoritos, relámpagos y relámpagos en la atmósfera superior. Las interacciones no lineales de las olas oceánicas en las tormentas oceánicas producen vibraciones infrasónicas generalizadas de alrededor de 0,2 Hz, conocidas como microbaroms. De acuerdo con el Programa de Infrasónicos de la NOAA, los conjuntos de infrasónicos se pueden usar para localizar avalanchas en las Montañas Rocosas y para detectar tornados en las llanuras altas varios minutos antes de que toquen tierra.

• Comunicación animal: se sabe que las ballenas, los elefantes, los hipopótamos, los rinocerontes, las jirafas, los okapis, los pavos reales y los caimanes usan infrasonidos para comunicarse a distancia, hasta cientos de millas en el caso de las ballenas. En particular, se ha demostrado que el rinoceronte de Sumatra produce sonidos con frecuencias tan bajas como 3 Hz que tienen similitudes con el canto de la ballena jorobada. El rugido del tigre contiene infrasonidos de 18 Hz e inferiores, y se informa que el ronroneo de los felinos cubre un rango de 20 a 50 Hz. También se ha sugerido que las aves migratorias utilizan infrasonidos generados naturalmente, a partir de fuentes como el flujo de aire turbulento sobre las cadenas montañosas, como ayuda para la navegación.El infrasonido también se puede usar para la comunicación a larga distancia, especialmente bien documentado en ballenas barbadas (ver vocalización de ballenas) y elefantes africanos. La frecuencia de los sonidos de las ballenas barbadas puede oscilar entre 10 Hz y 31 kHz, y la de los cantos de elefante entre 15 Hz y 35 Hz. Ambos pueden ser extremadamente ruidosos (alrededor de 117 dB), lo que permite la comunicación durante muchos kilómetros, con un alcance máximo posible de alrededor de 10 km (6 millas) para los elefantes y potencialmente cientos o miles de kilómetros para algunas ballenas. Los elefantes también producen ondas de infrasonido que viajan a través de tierra firme y son detectadas por otras manadas usando sus pies, aunque pueden estar separados por cientos de kilómetros. Estas llamadas pueden usarse para coordinar el movimiento de las manadas y permitir que los elefantes que se aparean se encuentren.

• Cantantes humanos: algunos vocalistas, incluido Tim Storms, pueden producir notas en el rango de infrasonidos.

• Fuentes artificiales: los infrasonidos pueden ser generados por procesos humanos como explosiones sónicas y explosiones (tanto químicas como nucleares), o por maquinaria como motores diésel, turbinas eólicas y transductores mecánicos especialmente diseñados (mesas de vibración industriales). Ciertos diseños de altavoces especializados también pueden reproducir frecuencias extremadamente bajas; Estos incluyen modelos de woofer rotatorio a gran escala de altavoz de subgraves, así como altavoces de línea de transmisión, sellados, reflectores de graves y cargados con bocina grande.

Reacción animal

Se cree que algunos animales perciben las ondas infrasónicas que atraviesan la tierra, causadas por desastres naturales, y las utilizan como una alerta temprana. Un ejemplo de esto es el terremoto y tsunami del Océano Índico de 2004. Se informó que los animales habían huido del área horas antes de que el tsunami golpeara las costas de Asia. No se sabe a ciencia cierta que esta sea la causa; algunos han sugerido que pudo haber sido la influencia de las ondas electromagnéticas, y no de las ondas infrasónicas, lo que llevó a estos animales a huir.

Una investigación realizada en 2013 por Jon Hagstrum del Servicio Geológico de EE. UU. sugiere que las palomas mensajeras usan infrasonidos de baja frecuencia para navegar.

Reacciones humanas

20 Hz se considera el límite normal de baja frecuencia del oído humano. Cuando se reproducen ondas sinusoidales puras en condiciones ideales ya un volumen muy alto, un oyente humano podrá identificar tonos tan bajos como 12 Hz. Por debajo de 10 Hz es posible percibir los ciclos individuales del sonido, junto con una sensación de presión en los tímpanos.

Desde aproximadamente 1000 Hz, el rango dinámico del sistema auditivo disminuye al disminuir la frecuencia. Esta compresión es observable en los contornos de igual nivel de volumen, e implica que incluso un ligero aumento en el nivel puede cambiar el volumen percibido de apenas audible a alto. Combinado con la dispersión natural de los umbrales dentro de una población, su efecto puede ser que un sonido de muy baja frecuencia que es inaudible para algunas personas puede ser fuerte para otras.

Un estudio ha sugerido que el infrasonido puede causar sentimientos de asombro o miedo en los humanos. También se ha sugerido que dado que no se percibe conscientemente, puede hacer que las personas sientan vagamente que están ocurriendo eventos extraños o sobrenaturales.

Un científico que trabaja en el Laboratorio de Neurociencia Auditiva de la Universidad de Sydney informa sobre la creciente evidencia de que el infrasonido puede afectar el sistema nervioso de algunas personas al estimular el sistema vestibular, y esto ha demostrado en modelos animales un efecto similar al mareo.

En una investigación realizada en 2006 centrada en el impacto de las emisiones sonoras de los aerogeneradores en la población cercana, el infrasonido percibido se ha asociado a efectos como molestia o fatiga, dependiendo de su intensidad, con poca evidencia que respalde los efectos fisiológicos del infrasonido por debajo de la percepción humana. límite. Sin embargo, estudios posteriores han relacionado el infrasonido inaudible con efectos como plenitud, presión o tinnitus, y han reconocido la posibilidad de que pueda perturbar el sueño. Otros estudios también han sugerido asociaciones entre los niveles de ruido en las turbinas y los trastornos del sueño autoinformados en la población cercana, al tiempo que agregan que la contribución de los infrasonidos a este efecto aún no se comprende completamente.

En un estudio de la Universidad de Ibaraki en Japón, los investigadores dijeron que las pruebas de EEG mostraron que el infrasonido producido por las turbinas eólicas "se consideraba una molestia para los técnicos que trabajan cerca de una turbina eólica moderna a gran escala".

Jürgen Altmann de la Universidad Tecnológica de Dortmund, un experto en armas sónicas, ha dicho que no hay evidencia confiable de náuseas y vómitos causados ​​por infrasonidos.

Se ha citado que los niveles altos de volumen en los conciertos de los conjuntos de subwoofers causan un colapso pulmonar en las personas que están muy cerca de los subwoofers, especialmente en los fumadores que son particularmente altos y delgados.

En septiembre de 2009, el estudiante londinense Tom Reid murió de síndrome de muerte súbita arrítmica (SADS) después de quejarse de que "las notas graves fuertes" estaban "llegando a su corazón". La indagatoria registró un veredicto de causas naturales, aunque algunos expertos comentaron que el bajo pudo haber actuado como detonante.

El aire es un medio muy ineficiente para transferir vibraciones de baja frecuencia desde un transductor al cuerpo humano. Sin embargo, la conexión mecánica de la fuente de vibración al cuerpo humano proporciona una combinación potencialmente peligrosa. El programa espacial de EE. UU., preocupado por los efectos nocivos del vuelo de cohetes en los astronautas, ordenó pruebas de vibración que usaron asientos de cabina montados en mesas de vibración para transferir "notas marrones" y otras frecuencias directamente a los sujetos humanos. Se lograron niveles de potencia muy altos de 160 dB a frecuencias de 2 a 3 Hz. Las frecuencias de prueba oscilaron entre 0,5 Hz y 40 Hz. Los sujetos de prueba sufrieron ataxia motora, náuseas, alteraciones visuales, desempeño degradado de tareas y dificultades en la comunicación. Estos ensayos son asumidos por los investigadores como el núcleo del mito urbano actual.

El informe "Una revisión de la investigación publicada sobre el ruido de baja frecuencia y sus efectos" contiene una larga lista de investigaciones sobre la exposición a infrasonidos de alto nivel entre humanos y animales. Por ejemplo, en 1972, Borredon expuso a 42 jóvenes a tonos de 7,5 Hz a 130 dB durante 50 minutos. Esta exposición no causó efectos adversos además de la somnolencia informada y un ligero aumento de la presión arterial. En 1975, Slarve y Johnson expusieron a cuatro sujetos masculinos a infrasonidos en frecuencias de 1 a 20 Hz, durante ocho minutos cada vez, a niveles de hasta 144 dB SPL. No hubo pruebas de ningún efecto perjudicial aparte de la molestia en el oído medio. Las pruebas de infrasonidos de alta intensidad en animales dieron como resultado cambios medibles, como cambios en las células y paredes de vasos sanguíneos rotos.

En febrero de 2005, el programa de televisión MythBusters usó doce subwoofers Meyer Sound 700-HP, un modelo y una cantidad que se ha empleado en los principales conciertos de rock. El rango de frecuencia de funcionamiento normal del modelo de subwoofer seleccionado era de 28 Hz a 150 Hz, pero las 12 cajas de MythBusters se habían modificado especialmente para una extensión de graves más profunda.Roger Schwenke y John Meyer dirigieron al equipo de Meyer Sound en el diseño de un equipo de prueba especial que produciría niveles de sonido muy altos en frecuencias infrasónicas. Se bloquearon los puertos de sintonización de los subwoofers y se alteraron sus tarjetas de entrada. Los gabinetes modificados se colocaron en una configuración de anillo abierto: cuatro pilas de tres subwoofers cada una. Las señales de prueba fueron generadas por un analizador de audio SIM 3, con su software modificado para producir tonos infrasónicos. Un analizador de nivel de sonido de Brüel & Kjær, alimentado con una señal atenuada de un micrófono de medición modelo 4189, mostró y registró los niveles de presión de sonido.Los presentadores del programa probaron una serie de frecuencias tan bajas como 5 Hz, alcanzando un nivel de 120 decibelios de presión sonora a 9 Hz y hasta 153 dB a frecuencias superiores a 20 Hz, pero los efectos fisiológicos rumoreados no se materializaron. Todos los sujetos de prueba informaron cierta ansiedad física y dificultad para respirar, incluso una pequeña cantidad de náuseas, pero los anfitriones lo descartaron y señalaron que el sonido a esa frecuencia e intensidad mueve el aire rápidamente dentro y fuera de los pulmones. El programa declaró que el mito de la nota marrón estaba "roto".

El infrasonido es una causa hipotética de la muerte de los nueve excursionistas rusos que fueron encontrados muertos en el Paso Dyatlov (cerca de Siberia) en 1959.

Experimento de tono infrasónico de 17 Hz

El 31 de mayo de 2003, un grupo de investigadores del Reino Unido llevó a cabo un experimento masivo, en el que expusieron a unas 700 personas a música mezclada con ondas sinusoidales suaves de 17 Hz reproducidas a un nivel descrito como "casi al borde de la audición", producida por un Subwoofer de carrera montado a dos tercios del camino desde el final de una tubería de plástico de siete metros de largo. El concierto experimental (titulado Infrasonic) tuvo lugar en la Sala Purcell en el transcurso de dos actuaciones, cada una de las cuales constaba de cuatro piezas musicales. Dos de las piezas de cada concierto tenían tonos de 17 Hz debajo.

En el segundo concierto, se intercambiaron las piezas que iban a tener un trasfondo de 17 Hz para que los resultados de las pruebas no se centraran en ninguna pieza musical específica. A los participantes no se les dijo qué piezas incluían el tono casi infrasónico de bajo nivel de 17 Hz. La presencia del tono resultó en un número significativo (22%) de encuestados que informaron sentirse incómodos o tristes, sentir escalofríos en la columna o sentimientos nerviosos de repulsión o miedo.

Al presentar la evidencia a la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, el profesor Richard Wiseman dijo: "Estos resultados sugieren que el sonido de baja frecuencia puede hacer que las personas tengan experiencias inusuales aunque no puedan detectar conscientemente el infrasonido. Algunos científicos han sugerido que este nivel de sonido puede estar presente en algunos sitios supuestamente embrujados y causar que las personas tengan sensaciones extrañas que atribuyen a un fantasma; nuestros hallazgos respaldan estas ideas".

Relación sugerida con los avistamientos de fantasmas

El psicólogo Richard Wiseman de la Universidad de Hertfordshire sugiere que las extrañas sensaciones que la gente atribuye a los fantasmas pueden ser causadas por vibraciones infrasónicas. Vic Tandy, oficial experimental y profesor a tiempo parcial en la escuela de derecho y estudios internacionales de la Universidad de Coventry, junto con el Dr. Tony Lawrence del departamento de psicología de la universidad, escribieron en 1998 un artículo titulado "Ghosts in the Machine" para el Journal of la Sociedad para la Investigación Psíquica. Su investigación sugirió que una señal infrasónica de 19 Hz podría ser responsable de algunos avistamientos de fantasmas. Tandy estaba trabajando solo hasta tarde una noche en un laboratorio supuestamente embrujado en Warwick, cuando se sintió muy ansioso y pudo detectar una mancha gris con el rabillo del ojo. Cuando Tandy se volvió hacia la mancha gris, no había nada.

Al día siguiente, Tandy estaba trabajando en su florete de esgrima, con el mango en un tornillo de banco. Aunque no había nada tocándolo, la hoja comenzó a vibrar salvajemente. Investigaciones posteriores llevaron a Tandy a descubrir que el extractor de aire del laboratorio emitía una frecuencia de 18,98 Hz, muy cercana a la frecuencia resonante del ojo dada por la NASA como 18 Hz. Esto, conjeturó Tandy, era la razón por la que había visto una figura fantasmal; creía que era una ilusión óptica causada por la resonancia de sus globos oculares. La habitación tenía exactamente la mitad de una longitud de onda de longitud y el escritorio estaba en el centro, lo que provocaba una onda estacionaria que provocaba la vibración de la lámina.

Tandy investigó más a fondo este fenómeno y escribió un artículo titulado El fantasma en la máquina. Llevó a cabo una serie de investigaciones en varios sitios que se creía que estaban embrujados, incluido el sótano de la Oficina de Información Turística junto a la Catedral de Coventry y el Castillo de Edimburgo.

Infrasonidos para detección de detonaciones nucleares

El infrasonido es una de varias técnicas utilizadas para identificar si se ha producido una detonación nuclear. Una red de 60 estaciones de infrasonido, además de estaciones sísmicas e hidroacústicas, conforman el Sistema Internacional de Monitoreo (IMS) que tiene la tarea de monitorear el cumplimiento del Tratado de Prohibición Completa de Pruebas Nucleares (CTBT). Las estaciones IMS Infrasound constan de ocho sensores microbarómetros y filtros espaciales dispuestos en una matriz que cubre un área de aproximadamente 1 a 9 km. Los filtros espaciales utilizados son tuberías radiantes con puertos de entrada a lo largo de su longitud, diseñados para promediar las variaciones de presión, como la turbulencia del viento, para obtener mediciones más precisas. Los microbarómetros utilizados están diseñados para monitorear frecuencias por debajo de aproximadamente 20 hercios.Las ondas de sonido por debajo de 20 hercios tienen longitudes de onda más largas y no se absorben fácilmente, lo que permite la detección a grandes distancias.

Las longitudes de onda del infrasonido pueden generarse artificialmente a través de detonaciones y otras actividades humanas, o naturalmente a partir de terremotos, clima severo, rayos y otras fuentes. Al igual que la sismología forense, se requieren algoritmos y otras técnicas de filtro para analizar los datos recopilados y caracterizar los eventos para determinar si realmente ocurrió una detonación nuclear. Los datos se transmiten desde cada estación a través de enlaces de comunicación seguros para su posterior análisis. También se incrusta una firma digital en los datos enviados desde cada estación para verificar si los datos son auténticos.

Detección y medición

NASA Langley ha diseñado y desarrollado un sistema de detección de infrasonidos que se puede utilizar para realizar mediciones útiles de infrasonidos en un lugar donde antes no era posible. El sistema comprende un micrófono de condensador electret PCB modelo 377M06, con un diámetro de membrana de 3 pulgadas y un parabrisas pequeño y compacto. La tecnología basada en electret ofrece el ruido de fondo más bajo posible, porque se minimiza el ruido de Johnson generado en la electrónica de soporte (preamplificador).

El micrófono cuenta con un alto cumplimiento de la membrana con un gran volumen de cámara trasera, una placa trasera prepolarizada y un preamplificador de alta impedancia ubicado dentro de la cámara trasera. El parabrisas, basado en el alto coeficiente de transmisión de infrasonidos a través de la materia, está hecho de un material que tiene una baja impedancia acústica y tiene una pared suficientemente gruesa para asegurar la estabilidad estructural. Se ha encontrado que la espuma de poliuretano de celda cerrada sirve bien para este propósito. En la prueba propuesta, los parámetros de prueba serán la sensibilidad, el ruido de fondo, la fidelidad de la señal (distorsión armónica) y la estabilidad temporal.

El diseño del micrófono se diferencia del de un sistema de audio convencional en que se tienen en cuenta las características peculiares del infrasonido. En primer lugar, el infrasonido se propaga a través de grandes distancias a través de la atmósfera terrestre como resultado de una absorción atmosférica muy baja y de conductos refractivos que permiten la propagación mediante múltiples rebotes entre la superficie terrestre y la estratosfera. Una segunda propiedad que ha recibido poca atención es la gran capacidad de penetración de los infrasonidos a través de la materia sólida, una propiedad utilizada en el diseño y fabricación de los parabrisas del sistema.

Por tanto, el sistema cumple varios requisitos de instrumentación ventajosos para la aplicación de la acústica: (1) un micrófono de baja frecuencia con un ruido de fondo especialmente bajo, que permite la detección de señales de bajo nivel dentro de una banda de paso de baja frecuencia; (2) un parabrisas pequeño y compacto que permite (3) el despliegue rápido de un conjunto de micrófonos en el campo. El sistema también cuenta con un sistema de adquisición de datos que permite la detección, el rumbo y la firma en tiempo real de una fuente de baja frecuencia.

La Comisión Preparatoria de la Organización del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares utiliza el infrasonido como una de sus tecnologías de vigilancia, junto con la vigilancia sísmica, hidroacústica y de radionúclidos atmosféricos. El infrasonido más fuerte registrado hasta la fecha por el sistema de monitoreo fue generado por el meteoro de Chelyabinsk de 2013.